DE102018112509B4 - ELECTROSTATIC DISCHARGE (ESD) PROTECTION FOR A HIGH-SIDE DRIVER CIRCUIT - Google Patents

ELECTROSTATIC DISCHARGE (ESD) PROTECTION FOR A HIGH-SIDE DRIVER CIRCUIT Download PDF

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Abstract

Schaltung (100), die Folgendes umfasst:ein Leistungs-MOSFET-Bauteil (102), das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat;ein Erfassungs-MOSFET-Bauteil (110), das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat;einen Widerstand (132), der eine erste Klemme hat, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) gekoppelt ist,-und eine zweite Klemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist;eine Zenerdiode (134), die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, undeine Begrenzungsdiode (136), die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) gekoppelt ist,wobei eine Durchbruchspannung der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Begrenzungsspannung der Begrenzungsdiode.A circuit (100) comprising: a power MOSFET device (102) having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a sense MOSFET device (110) having a gate terminal Terminal, a source terminal and a drain terminal; a resistor (132) having a first terminal coupled to the gate terminal of the power MOSFET device (102) and a second terminal coupled to the is coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device (110); a zener diode (134) having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal, coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device (110) and a clamp diode (136) having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal , which is coupled to the gate terminal of the power MOSFET device (102), wherein a breakdown voltage of the Zener diode (134) is smaller a Is a limiting voltage of the limiting diode.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die vorliegende Erfindung betrifft das Schützen einer integrierten Schaltung vor Überspannung und insbesondere vor elektrostatischen Entladungen.The present invention relates to protecting an integrated circuit from overvoltage and, more particularly, from electrostatic discharge.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

DE 11 2013 004 262 T5 bezieht sich auf einen Zündstift, ein Zündstiftsteuerverfahren und eine Verbrennungsmotor-Zündvorrichtung, die den Zündstift umfasst. US 2011 / 0 194 220 A1 bezieht sich auf eine Vorrichtung, ein System oder eine Methode zum ESD-Schutz auf Systemebene. Zum Schutz der inneren Schutzklemme vor einem Restimpuls wird zwischen einer inneren Schutzklemme und einer äußeren Schutzklemme ein Isolationsimpedanzelement angebracht. US 2016 / 0 013 638 A1 bezieht sich auf eine einstufige ESD-Schutzschaltung, die eine hohe Leistung aufrechterhält und eine niedrige parasitäre Kapazität und verringerte Fläche umfasst. DE 11 2013 004 262 T5 relates to a firing pin, a firing pin control method, and an internal combustion engine ignition device that includes the firing pin. US 2011/0 194 220 A1 refers to a device, system, or method of system-level ESD protection. To protect the inner protective terminal from a residual pulse, an insulation impedance element is attached between an inner protective terminal and an outer protective terminal. US 2016/0 013 638 A1 relates to a single stage ESD protection circuit that maintains high performance and includes low parasitic capacitance and reduced area.

Es gibt eine Anzahl von Einstufungsniveaus elektrostatischer Entladung (Electrostatic Discharge -ESD) in Bezug auf die „Charged Device Model“ (CMD)-Anforderungen für integrierte Schaltung. Ein solches Bauteileinstufungsniveau nennt man Niveau „C4B“, das erfordert, dass die integrierte Schaltung drei Mal der „Zapbelastung“ von ±500 V an den Stiften der integrierten Schaltung, die nicht die an den Ecken des Packages sind, standhalten, und drei Mal einer Zapbelastung von ±750 V an den Eckenstiften der integrierten Schaltung standhalten. Das ist für bestimmte Bauteile einer integrierten Schaltung ein sehr schwer zu bestehender Test. Es hat sich für eine High-Side-Treiberschaltung zum Beispiel als besonders schwierig herausgestellt, einer ESD-Belastung standzuhalten und die C4B-Zertifizierung zu erfüllen.There are a number of Electrostatic Discharge (ESD) levels related to the Charged Device Model (CMD) requirements for an integrated circuit. One such component rating level is called a "C4B" level, which requires the integrated circuit to withstand three times the "tap load" of ± 500 V on the integrated circuit pins other than those at the corners of the package, and three times one Withstand tap load of ± 750 V on the corner pins of the integrated circuit. For certain components of an integrated circuit, this is a very difficult test to pass. For example, it has proven particularly difficult for a high-side driver circuit to withstand ESD exposure and to meet C4B certification.

Es besteht im Stand der Technik ein Bedarf an verbessertem ESD-Schutz für eine High-Side-Treiberschaltung.There is a need in the art for improved ESD protection for a high-side driver circuit.

KURZDARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION

Bei einer Ausführungsform umfasst eine Schaltung: ein Leistungs-MOSFET-Bauteil, das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; ein Erfassungs-MOSFET-Bauteil, das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; einen Widerstand, der eine erste Klemme hat, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils gekoppelt ist, und eine zweite Klemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils gekoppelt ist; eine Zenerdiode, die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme hat, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils gekoppelt ist, und eine Begrenzungsdiode, die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils gekoppelt ist, wobei eine Durchbruchspannung der Zenerdiode kleiner ist als eine Begrenzungsspannung der Begrenzungsdiode.In one embodiment, a circuit comprises: a power MOSFET device having a gate terminal, a source terminal, and a drain terminal; a sense MOSFET device having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a resistor having a first terminal coupled to the gate terminal of the power MOSFET device and a second terminal coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device; a zener diode having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device, and a clamp diode being an anode terminal which is coupled to the source terminal of the sense MOSFET device, and a cathode terminal which is coupled to the gate terminal of the power MOSFET device, wherein a breakdown voltage of the Zener diode is smaller than a clamping voltage of the clamping diode.

Bei einer Ausführungsform umfasst eine Schaltung: ein Leistungs-MOSFET-Bauteil, das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; ein Erfassungs-MOSFET-Bauteil, das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; einen Widerstand, der eine erste Klemme hat, die direkt mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils verbunden ist, und eine zweite Klemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils verbunden ist; eine Zenerdiode, die eine Anodenklemme hat, die direkt mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils verbunden ist, und eine Kathodenklemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils verbunden ist, und eine Begrenzungsdiode, die eine Anodenklemme hat, die direkt mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils verbunden ist, und eine Kathodenklemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils verbunden ist.In one embodiment, a circuit comprises: a power MOSFET device having a gate terminal, a source terminal, and a drain terminal; a sense MOSFET device having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a resistor having a first terminal directly connected to the gate terminal of the power MOSFET device and a second terminal directly connected to the gate terminal of the sense MOSFET device; a zener diode having an anode terminal directly connected to the source terminal of the sense MOSFET device, and a cathode terminal directly connected to the gate terminal of the sense MOSFET device, and a clamp diode which is a Has an anode terminal directly connected to the source terminal of the sense MOSFET device and a cathode terminal directly connected to the gate terminal of the power MOSFET device.

Bei einer Ausführungsform umfasst eine Schaltung: einen Widerstand, der eine erste und eine zweite Klemme hat; eine Zenerdiode, die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der ersten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit einer dritten Klemme verbunden ist, und eine Begrenzungsdiode, die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der zweiten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit der dritten Klemme verbunden ist, wobei die Schaltung ferner Folgendes aufweist: einen weiteren Widerstand, der eine vierte Klemme hat, die direkt mit der ersten Klemme verbunden ist, und eine fünfte Klemme, die direkt mit der zweiten Klemme verbunden ist; eine weitere Zenerdiode, die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der ersten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit der dritten Klemme verbunden ist, und eine weitere Begrenzungsdiode, die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der zweiten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit der dritten Klemme verbunden ist.In one embodiment, a circuit comprises: a resistor having first and second terminals; a zener diode having a cathode terminal directly connected to the first terminal and an anode terminal directly connected to a third terminal, and a limiting diode having a cathode terminal directly connected to the second terminal and a An anode terminal directly connected to the third terminal, the circuit further comprising: a further resistor having a fourth terminal directly connected to the first terminal and a fifth terminal directly connected to the second terminal ; another zener diode that has a cathode terminal directly connected to the first terminal and an anode terminal directly connected to the third terminal and another limiting diode that has a cathode terminal directly connected to the second terminal, and an anode terminal directly connected to the third terminal.

FigurenlisteFigure list

Die begleitenden Zeichnungen sind enthalten, um ein umfassenderes Verstehen der Erfindung bereitzustellen, und sind in dieser Spezifikation aufgenommen und Teil dieser, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung zum Erklären der Grundsätze der Erfindung.The accompanying drawings are included to provide a fuller understanding of the invention, and are incorporated in and part of this specification, illustrate embodiments of the invention and serve along with the description to explain the principles of the invention.

In den Zeichnungen:

  • zeigt 1 ein Schaltbild für eine High-Side-Treiberschaltung mit Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD), und
  • zeigt 2 ein Schaltbild für eine High-Side-Treiberschaltung mit ESD-Schutz.
In the drawings:
  • shows 1 a circuit diagram for a high-side driver circuit with protection against electrostatic discharge (ESD), and
  • shows 2 a circuit diagram for a high-side driver circuit with ESD protection.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Es wird nun auf 1 Bezug genommen, die ein Schaltbild für eine High-Side-Treiberschaltung 100 mit Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) zeigt. Die High-Side-Treiberschaltung 100 weist ein Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 102 auf, das eine Drain-Klemme hat, die mit einem Leistungsversorgungsknoten (Vdd) (104) gekoppelt ist, und eine Source-Klemme, die mit einem Ausgangspad 106 gekoppelt ist. Eine Gate-Klemme der High-Side-Treiberschaltung 100 wird von einem Signal (Vgate), das von einem Gate-Treiber 108 ausgegeben wird, angesteuert. Ein Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 110 hat eine Drain-Klemme, die mit dem Leistungsversorgungsknoten (Vdd) (104) gekoppelt ist, und eine Source-Klemme, die mit einer Stromerfassungsschaltung 112 gekoppelt ist. Die Gate-Klemme des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 ist indirekt mit der Gate-Klemme des Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 102 verbunden. Bei einem eingeschwungenen Vorgang bildet diese Konfiguration eine Stromspiegelschaltung, wobei eine teilweise Replica des Stroms, der durch das Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 102 fließt, als Reaktion auf das Signal, das von einem Gate-Treiber 108 ausgegeben wird, von dem Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 110 zu der Stromerfassungsschaltung 112 weitergegeben wird. Dieser Bruchteil wird von dem Verhältnis der Größe des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 zu dem Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 102 (zum Beispiel 1:1000) bestimmt.It is now on 1 Reference is made to the a circuit diagram for a high side driver circuit 100 with protection against electrostatic discharge (ESD) shows. The high-side driver circuit 100 comprises a power n-channel MOSFET device 102 having a drain terminal connected to a power supply node (Vdd) ( 104 ) is coupled, and a source terminal connected to an output pad 106 is coupled. A gate terminal of the high-side driver circuit 100 is from a signal (Vgate) coming from a gate driver 108 is output, controlled. A sense n-channel MOSFET device 110 has a drain terminal connected to the power supply node (Vdd) ( 104 ) is coupled, and a source terminal connected to a current sensing circuit 112 is coupled. The gate terminal of the sense n-channel MOSFET device 110 is indirectly connected to the gate terminal of the power n-channel MOSFET device 102. When in a steady state, this configuration forms a current mirror circuit, with a partial replica of the current flowing through the power n-channel MOSFET device 102 in response to the signal received from a gate driver 108 is output from the sense n-channel MOSFET device 110 to the current sense circuit 112 is passed on. This fraction is determined by the ratio of the size of the sense n-channel MOSFET device 110 to the power n-channel MOSFET device 102 (for example, 1: 1000).

Eine ESD-Schutzschaltung 130 schützt das Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 110 vor Beschädigung als Reaktion auf ein ESD-Ereignis an dem Ausgangspad 106 oder auf ein Überlastungsereignis (elektrische Überlastung, Electrical Overstress - EOS). In diesem Kontext werden die Source des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 und die Stromerfassungsschaltung 112 mit dem Ausgangspad 106 durch einen elektrostatischen Pfad während der ESD-Charged-Device-Model (CDM)-Belastungen gekoppelt. Der elektrostatische Pfad ist der niedrigste resistive Pfad, der von vorgeladenen Ladungen in der integrierten Schaltung während der ESD-CDM-Sequenz, um aus der integrierten Schaltung zu fließen, wenn das Pad 106 an die Erde gelegt wird. Dieser elektrostatische Pfad besteht in der Hauptsache aus Metallleiterleitungen (mit niedrigem Widerstand) und ist in Serie der Metallleitungen von dem Gate-Treiber 108-Ausgang (Vgate-Knoten) zu den Gates der Transistoren 102 und 110, und Metallleitungen von der Source des Transistors 110 zu der Stromerfassungsschaltung 112 und Metallleitungen von dem Knoten 116 zu dem Pad 106. Der elektrostatische Pfad kann zum Beispiel als ein Ladungssammler gesehen werden.An ESD protection circuit 130 protects sense n-channel MOSFET device 110 from damage in response to an ESD event on the output pad 106 or to an electrical overload (EOS) event. In this context, the source of the sense n-channel MOSFET device 110 and the current sense circuit 112 with the output pad 106 coupled by an electrostatic path during ESD Charged Device Model (CDM) exposures. The electrostatic path is the lowest resistive path that pre-charged charges in the integrated circuit during the ESD-CDM sequence allow to flow out of the integrated circuit when the pad 106 is placed on the earth. This electrostatic path consists primarily of metal (low resistance) conductor lines and is in series with the metal lines from the gate driver 108 output (Vgate node) to the gates of the transistors 102 and 110 , and metal lines from the source of the transistor 110 to the current detection circuit 112 and metal lines from the node 116 to the pad 106 . For example, the electrostatic path can be seen as a charge collector.

Die ESD-Schutzschaltung 130 weist einen Widerstand 132 auf, der eine erste Klemme hat, die mit dem Gate des Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 102 gekoppelt ist, und eine zweite Klemme, die mit dem Gate des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 gekoppelt ist. Der Widerstand 132 kann zum Beispiel einen Widerstand in einem Bereich von 10 bis 2000 Ohm und insbesondere einen Widerstand von 200 Ohm haben. Die serielle Verbindung des Widerstands 132 zwischen den Gates der MOSFET-Bauteile 102 und 110 dient zum Begrenzen von Spitzenstrom, der von dem Gate des Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 102 zu dem Gate des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 fließt. Die Schaltung 130 weist ferner eine Zenerdiode 134 auf, die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 gekoppelt ist (das heißt mit der zweiten Klemme des Widerstands 132). Die Zenerdiode 134 kann zum Beispiel eine Durchbruchspannung von etwa 5 V haben und ist mit einer Mindestgröße integriert, wie sie von der Prozesstechnologie der integrierten Schaltung, die zum Herstellen der Schaltung 130 verwendet wird, zugelassen wird, um ein schnelles Einschalten als Reaktion auf ein transientes Ereignis sicherzustellen. Die Schaltung 130 weist ferner eine Substratdiode 136 auf, die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 gekoppelt ist (das heißt mit der zweiten Klemme des Widerstands 132). Die Substratdiode 136 funktioniert als ein Begrenzungsbauteil und kann zum Beispiel eine Begrenzungsspannung von etwa 20 V haben.The ESD protection circuit 130 exhibits a resistance 132 which has a first terminal that connects to the gate of the power n-channel MOSFET device 102 and a second terminal coupled to the gate of sense n-channel MOSFET device 110. The resistance 132 For example, it can have a resistance in the range of 10 to 2000 ohms and in particular a resistance of 200 ohms. The serial connection of the resistor 132 between the gates of the MOSFET components 102 and 110 serves to limit peak current flowing from the gate of the power n-channel MOSFET device 102 to the gate of the sense n-channel MOSFET device 110. The circuit 130 also has a zener diode 134 having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense n-channel MOSFET device 110 and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the sense n-channel MOSFET device 110 (i.e. with the second terminal of the resistor 132 ). The zener diode 134 may for example have a breakdown voltage of about 5 V and is integrated with a minimum size as determined by the process technology of the integrated circuit used to manufacture the circuit 130 is used to ensure rapid turn-on in response to a transient event. The circuit 130 further comprises a substrate diode 136 having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense n-channel MOSFET device 110 and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the sense n-channel MOSFET device 110 is coupled (i.e. to the second terminal of the resistor 132 ). The substrate diode 136 functions as a clamp component and may have a clamp voltage of around 20 volts, for example.

Bei der Konzeption der High-Side-Treiberschaltung 100 mit der ESD-Schutzschaltung 130 ist es für das Schaltungslayout wichtig, die Zenerdiode 134 nahe dem Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteil 110 und seiner Gate-zu-Source, die geschützt wird, zu platzieren. Der Widerstand 132 kann als eine metallische Leitung, die das Gate des Leistungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 102 mit dem Gate des Erfassungs-n-Kanal-MOSFET-Bauteils 110 mit einer Länge (oder einem anderen Maß), die ausreicht, um den gewünschten Widerstandswert zu erzeugen, umgesetzt werden.When designing the high-side driver circuit 100 with the ESD protection circuit 130 it is important for the circuit layout, the zener diode 134 near the sense n-channel MOSFET device 110 and its gate-to-source that is being protected. The resistance 132 may be used as a metallic line connecting the gate of the power n-channel MOSFET device 102 to the gate of the sense n-channel MOSFET device 110 with a length (or other dimension) sufficient to achieve the desired To generate resistance value, are implemented.

Wenn ein transientes ESD-Ereignis auftritt (zum Beispiel von Vgate zu dem Pad 106), hat die Zenerdiode 134 eine schnelle Einschaltzeit, um einen umleitenden Pfad für diese elektrostatischen Ladungen (die zu dem Ausgangspad 106 durch den Pfad 116 hinunter fließen) bereitzustellen und daher das MOSFET-Bauteil 110 zu schützen. Der Widerstand 132 begrenzt einen Spitzenstrom dieses umleitenden Pfads (darunter der Pfad in der Zenerdiode 134). Die Substratdiode 136 hat ein langsameres Einschalten (im Vergleich zu der Zenerdiode 134), und sie begrenzt die Überspannung mit einer kurzen Verzögerung, um beide Bauteile 110 und 134 zu schützen. Die Überspannung ist hier der Spannungsabfall über die Zenerdiode 134 zuzüglich des Spannungsabfalls über den Widerstand 132. Diese Schutzspannung kann zum Beispiel um 18 bis 20 V liegen. Die Substratdiode 136 stellt einen zweiten umleitenden Pfad für etwas der elektrostatischen Ladungen bereit (die zu dem Ausgangspad 106 durch den Pfad 116 hinunter fließen).When a transient ESD event occurs (for example from Vgate to the pad 106 ), has the zener diode 134 a fast turn-on time to create a redirecting path for these electrostatic charges (leading to the output pad 106 through the path 116 flow down) and therefore the MOSFET component 110 to protect. The resistance 132 limits a peak current of this diverting path (including the path in the zener diode 134 ). The substrate diode 136 has a slower turn on (compared to the zener diode 134 ), and it limits the overvoltage to both components with a short delay 110 and 134 to protect. The overvoltage here is the voltage drop across the Zener diode 134 plus the voltage drop across the resistor 132 . This protection voltage can be around 18 to 20 V, for example. The substrate diode 136 provides a second diverting path for some of the electrostatic charges (leading to the exit pad 106 through the path 116 flow down).

Die Stromerfassungsschaltung 112 funktioniert, um eine gute Stromverhältnispräzision zwischen dem Kopie-Transistor 110 und dem Ausgangstransistor 102 bereitzustellen. Die Schaltung funktioniert durch Steuern der Spannung an der Source des Transistors 110, um die Spannung an der Source des Transistors 102 auszugleichen. Das Spannungspotenzial von Vgate ist für beide Transistoren 102 und 110 gleich. Dann wird die Gate-zu-Source-Spannung des Transistors 110 mit der Gate-zu-Source-Spannung des Transistors 102 mit Stromverhältnis, das dann gleich dem Größenverhältnis (W:L) der zwei Transistoren ist, abgeglichen. Die Schaltungen dieses Typs sind im Stand der Technik bekannt.The current detection circuit 112 works to have good current ratio precision between the copy transistor 110 and the output transistor 102 provide. The circuit works by controlling the voltage at the source of the transistor 110 to get the voltage at the source of the transistor 102 balance. The voltage potential of Vgate is for both transistors 102 and 110 equal. Then the gate-to-source voltage of the transistor 110 with the gate-to-source voltage of the transistor 102 with the current ratio, which is then equal to the size ratio (W: L) of the two transistors. Circuits of this type are known in the art.

Es wird nun auf 2 Bezug genommen, die ein Schaltbild für eine High-Side-Treiberschaltung 100 mit Schutz vor elektrostatischer Entladung (ESD) zeigt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder ähnliche Bauteile, die nicht wiederholt beschrieben werden. Die Schaltung der 2 unterscheidet sich von der Schaltung der 1 dadurch, dass die ESD-Schutzschaltung 130 zweimal repliziert wurde, mit den Schaltungen 130 miteinander zwischen den Gates der MOSFET-Bauteile 102 und 110 parallel geschaltet. Obwohl die zweimalige Replikation gezeigt ist, versteht man, dass die Schaltung 130 nach Wunsch n Male repliziert werden könnte, wobei n eine Ganzzahl größer als 1 ist. Je öfter die Schaltung 130 repliziert wird, desto größer ist die Strombelastbarkeit aufgrund der erhöhten Fläche, die von den Zenerdioden belegt wird.It is now on 2 Reference is made to the a circuit diagram for a high side driver circuit 100 with protection against electrostatic discharge (ESD) shows. The same reference symbols refer to the same or similar components that are not described repeatedly. The circuit of the 2 differs from the circuit of the 1 by having the ESD protection circuit 130 was replicated twice, with the circuits 130 with each other between the gates of the MOSFET components 102 and 110 connected in parallel. Although the two-time replication is shown, it is understood that the circuit 130 could be replicated n times if desired, where n is an integer greater than 1. The more often the circuit 130 is replicated, the greater the current-carrying capacity due to the increased area occupied by the Zener diodes.

Um die beste Effizienz (das heißt ein schnelles Einschalten) während ESD-CDM-Belastung sicherzustellen, muss die Zenerdiode 134 ein Layout mit einer zulässigen Mindest-Design-Rule-Manual (DRM)-Flächengröße für den Technologieknoten der Herstellung haben. Bei einer bevorzugten Umsetzung hätte die Zenerdiode 134 eine Quadratform mit vier Kontakten. Außerdem sollte die Zenerdiode 134 in dem Layout so nahe wie möglich an dem Transistor 110 platziert werden, um den Schutz sicherzustellen. Der Widerstand zwischen den Transistoren 102 und 110 muss auf dem Metall der Gate- und Source-Seite möglichst niedrig sein.To ensure the best efficiency (i.e. fast turn-on) during ESD-CDM loading, the zener diode must 134 Have a layout with a permitted minimum Design-Rule-Manual (DRM) area size for the technology node of manufacture. In a preferred implementation, the zener diode would have 134 a square shape with four contacts. Also, the zener diode should 134 in the layout as close as possible to the transistor 110 placed to ensure protection. The resistance between the transistors 102 and 110 must be as low as possible on the metal of the gate and source side.

Claims (19)

Schaltung (100), die Folgendes umfasst: ein Leistungs-MOSFET-Bauteil (102), das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; ein Erfassungs-MOSFET-Bauteil (110), das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; einen Widerstand (132), der eine erste Klemme hat, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) gekoppelt ist,-und eine zweite Klemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist; eine Zenerdiode (134), die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Begrenzungsdiode (136), die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) gekoppelt ist, wobei eine Durchbruchspannung der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Begrenzungsspannung der Begrenzungsdiode. A circuit (100) comprising: a power MOSFET device (102) having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a sense MOSFET device (110) having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a resistor (132) having a first terminal coupled to the gate terminal of the power MOSFET device (102) and a second terminal coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device (110 ) is coupled; a zener diode (134) having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device (110) , and a clamp diode (136) having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the power MOSFET device (102) , wherein a breakdown voltage of the Zener diode (134) is smaller than a limit voltage of the limit diode. Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die Drain-Klemmen des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) und des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) mit einem Leistungsversorgungsknoten (104) gekoppelt sind.Circuit (100) according to Claim 1 wherein the drain terminals of the power MOSFET device (102) and the sense MOSFET device (110) are coupled to a power supply node (104). Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei die Source-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) mit einem Pad (106) einer integrierten Schaltung gekoppelt ist.Circuit (100) according to Claim 1 wherein the source terminal of the power MOSFET device (102) is coupled to an integrated circuit pad (106). Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei der Widerstand (132) einen Widerstand (132) einer Metallleitung zwischen der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) und der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) umfasst.Circuit (100) according to Claim 1 wherein the resistor (132) comprises a resistor (132) of a metal line between the gate terminal of the power MOSFET device (102) and the gate terminal of the sense MOSFET device (110). Schaltung (100) nach Anspruch 1, wobei eine Einschaltzeit der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Einschaltzeit der Begrenzungsdiode.Circuit (100) according to Claim 1 , wherein a switch-on time of the Zener diode (134) is less than a switch-on time of the limiting diode. Schaltung (100) nach Anspruch 1, die ferner eine Treiberschaltung umfasst, die ein Treibersignal ausgibt, das an die Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) angelegt wird.Circuit (100) according to Claim 1 further comprising a driver circuit that outputs a driver signal that is applied to the gate terminal of the power MOSFET device (102). Schaltung (100) nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: einen weiteren Widerstand (132), der eine erste Klemme hat, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) gekoppelt ist, und eine zweite Klemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, eine weitere Zenerdiode (134), die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine weitere Begrenzungsdiode, die eine Anodenklemme hat, die mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) gekoppelt ist, und eine Kathodenklemme, die mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) gekoppelt ist.Circuit (100) according to Claim 1 Further comprising: another resistor (132) having a first terminal coupled to the gate terminal of the power MOSFET device (102) and a second terminal coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device (110), another zener diode (134) having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device (110), and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the sense MOSFET device (110), and another clamp diode having an anode terminal coupled to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal coupled to the gate terminal of the power MOSFET device (102) is coupled. Schaltung (100), die Folgendes umfasst: ein Leistungs-MOSFET-Bauteil (102), das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; ein Erfassungs-MOSFET-Bauteil (110), das eine Gate-Klemme, eine Source-Klemme und eine Drain-Klemme hat; einen Widerstand (132), der eine erste Klemme hat, die direkt mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) verbunden ist, und eine zweite Klemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist; eine Zenerdiode (134), die eine Anodenklemme hat, die direkt mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist, und eine Kathodenklemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist, und eine Begrenzungsdiode, die eine Anodenklemme hat, die direkt mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist, und eine Kathodenklemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Leistung-MOSFET-Bauteils verbunden ist.A circuit (100) comprising: a power MOSFET device (102) having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a sense MOSFET device (110) having a gate terminal, a source terminal and a drain terminal; a resistor (132) having a first terminal directly connected to the gate terminal of the power MOSFET device (102) and a second terminal directly connected to the gate terminal of the sense MOSFET device ( 110) is connected; a zener diode (134) having an anode terminal directly connected to the source terminal of the sensing MOSFET device (110) and a cathode terminal directly connected to the gate terminal of the sensing MOSFET device (110) connected, and a clamp diode having an anode terminal directly connected to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal directly connected to the gate terminal of the power MOSFET device. Schaltung (100) nach Anspruch 8, wobei die Drain-Klemmen des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) und des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) direkt mit einem Leistungsversorgungsknoten (104) verbunden sind.Circuit (100) according to Claim 8 wherein the drain terminals of the power MOSFET device (102) and the sense MOSFET device (110) are connected directly to a power supply node (104). Schaltung (100) nach Anspruch 8, wobei die Source-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) direkt mit einem Pad (106) einer integrierten Schaltung verbunden ist.Circuit (100) according to Claim 8 wherein the source terminal of the power MOSFET device (102) is connected directly to a pad (106) of an integrated circuit. Schaltung (100) nach Anspruch 8, wobei der Widerstand (132) einen Widerstand (132) einer Metallleitung zwischen der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) und der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) umfasst.Circuit (100) according to Claim 8 wherein the resistor (132) comprises a resistor (132) of a metal line between the gate terminal of the power MOSFET device (102) and the gate terminal of the sense MOSFET device (110). Schaltung (100) nach Anspruch 8, wobei eine Durchbruchspannung der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Begrenzungsspannung der Begrenzungsdiode.Circuit (100) according to Claim 8 , wherein a breakdown voltage of the Zener diode (134) is smaller than a limit voltage of the limit diode. Schaltung (100) nach Anspruch 8, wobei eine Einschaltzeit der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Einschaltzeit der Begrenzungsdiode.Circuit (100) according to Claim 8 , wherein a switch-on time of the Zener diode (134) is less than a switch-on time of the limiting diode. Schaltung (100) nach Anspruch 8, die ferner eine Treiberschaltung umfasst, die ein Treibersignal ausgibt, das an die Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) angelegt wird.Circuit (100) according to Claim 8 further comprising a driver circuit that outputs a driver signal that is applied to the gate terminal of the power MOSFET device (102). Schaltung (100) nach Anspruch 8, die ferner Folgendes aufweist: einen weiteren Widerstand (132), der eine erste Klemme hat, die direkt mit der Gate-Klemme des Leistungs-MOSFET-Bauteils (102) verbunden ist, und eine zweite Klemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist. eine weitere Zenerdiode (134), die eine Anodenklemme hat, die direkt mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist, und eine Kathodenklemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist, und eine weitere Begrenzungsdiode, die eine Anodenklemme hat, die direkt mit der Source-Klemme des Erfassungs-MOSFET-Bauteils (110) verbunden ist, und eine Kathodenklemme, die direkt mit der Gate-Klemme des Leistung-MOSFET-Bauteils verbunden ist.Circuit (100) according to Claim 8 further comprising: another resistor (132) having a first terminal directly connected to the gate terminal of the power MOSFET device (102) and a second terminal directly connected to the gate terminal of the sense MOSFET device (110) is connected. a further zener diode (134) having an anode terminal directly connected to the source terminal of the sensing MOSFET device (110) and a cathode terminal directly connected to the gate terminal of the sensing MOSFET device (110 ) and another clamp diode which has an anode terminal directly connected to the source terminal of the sense MOSFET device (110) and a cathode terminal connected directly to the gate terminal of the power MOSFET device connected is. Schaltung (100), die Folgendes umfasst: einen Widerstand (132), der eine erste Klemme und eine zweite Klemme hat; eine Zenerdiode (134), die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der ersten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit einer dritten Klemme verbunden ist, und eine Begrenzungsdiode, die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der zweiten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit der dritten Klemme verbunden ist, wobei die Schaltung (100) ferner Folgendes aufweist: einen weiteren Widerstand (132), der eine vierte Klemme hat, die direkt mit der ersten Klemme verbunden ist, und eine fünfte Klemme, die direkt mit der zweiten Klemme verbunden ist; eine weitere Zenerdiode (134), die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der ersten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit der dritten Klemme verbunden ist, und eine weitere Begrenzungsdiode, die eine Kathodenklemme hat, die direkt mit der zweiten Klemme verbunden ist, und eine Anodenklemme, die direkt mit der dritten Klemme verbunden ist.A circuit (100) comprising: a resistor (132) having a first terminal and a second terminal; a zener diode (134) having a cathode terminal directly connected to the first terminal and an anode terminal directly connected to a third terminal and a limiting diode having a cathode terminal directly connected to the second terminal and an anode terminal directly connected to the third terminal, the circuit (100) further comprising: another resistor (132) having a fourth terminal directly connected to the first terminal and a fifth terminal which is directly connected to the second terminal; another zener diode (134) having a cathode terminal directly connected to the first terminal and an anode terminal directly connected to the third terminal, and another limiting diode having a cathode terminal directly connected to the second terminal and an anode terminal directly connected to the third terminal. Schaltung (100) nach Anspruch 16, wobei der Widerstand (132) einen Widerstand (132) einer Metallleitung zwischen der ersten und der zweiten Klemme umfasst.Circuit (100) according to Claim 16 wherein the resistor (132) comprises a resistor (132) of a metal line between the first and second terminals. Schaltung (100) nach Anspruch 16, wobei eine Durchbruchspannung der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Begrenzungsspannung der Begrenzungsdiode.Circuit (100) according to Claim 16 , wherein a breakdown voltage of the Zener diode (134) is smaller than a limit voltage of the limit diode. Schaltung (100) nach Anspruch 16, wobei eine Einschaltzeit der Zenerdiode (134) kleiner ist als eine Einschaltzeit der Begrenzungsdiode.Circuit (100) according to Claim 16 , wherein a switch-on time of the Zener diode (134) is less than a switch-on time of the limiting diode.
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